徐文龍，崔夢竹，梁紅艷 綜述，姜曉峰 審校

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院檢驗(yàn)科，黑龍江哈爾濱 150000)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)是真核細(xì)胞將新合成蛋白質(zhì)折疊成正確構(gòu)象的場所，當(dāng)ER中未折疊或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)增加時(shí)會(huì)誘發(fā)ER應(yīng)激(ERS)。ERS的發(fā)生參與了人體多種疾病的發(fā)生、發(fā)展。近年來，對(duì)ERS和代謝療法的深入研究為控制疾病的發(fā)生、發(fā)展提供了新的視角。氨基酸既是蛋白質(zhì)合成所需的營養(yǎng)元素，也是人體內(nèi)重要的信號(hào)傳導(dǎo)分子。多項(xiàng)研究表明，人體內(nèi)一些氨基酸與ERS具有非常密切的關(guān)系?，F(xiàn)將近年來ERS及氨基酸對(duì)ERS影響的研究進(jìn)展介紹如下。

1 ERS的特點(diǎn)及信號(hào)傳導(dǎo)

ERS可由許多生理和病理?xiàng)l件觸發(fā)，包括缺氧、感染、葡萄糖饑餓、ER腔脫鈣、蛋白質(zhì)合成分泌增加，蛋白質(zhì)折疊、運(yùn)輸或降解平衡失衡等[1]。響應(yīng)于這些條件，細(xì)胞通過一種適應(yīng)性途徑響應(yīng)ER功能障礙。ERS信號(hào)適應(yīng)途徑由3種類型的ER跨膜受體介導(dǎo)，肌醇依賴酶1α/X盒結(jié)合蛋白-1(IRE1α/XBP-1)途徑、蛋白激酶R樣ER激酶(PERK)途徑和激活轉(zhuǎn)錄因子6(ATF6)途徑。在非應(yīng)激條件下，所有3種ERS受體通過與ER分子伴侶BIP(也稱為GRP78)結(jié)合而維持在無活性狀態(tài)[2]。然而，由于BIP對(duì)錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的親和力更高，因此，當(dāng)錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)在ER腔中積累就會(huì)釋放應(yīng)激傳感器以允許下游信號(hào)傳導(dǎo)：(1)IRE1自身二聚化磷酸化促進(jìn)XBP-1 mRNA剪接為短型XBP-1s，以誘導(dǎo)各種ER相關(guān)伴侶蛋白，參與蛋白質(zhì)折疊酶的轉(zhuǎn)錄和下游信號(hào)的傳導(dǎo)[3]。(2)PERK的自磷酸化抑制核糖體組裝，導(dǎo)致翻譯阻斷以允許細(xì)胞管理暫時(shí)的ERS。激活轉(zhuǎn)錄因子4(ATF4)逃避ERS條件下的翻譯抑制并誘導(dǎo)促進(jìn)存活的基因的轉(zhuǎn)錄[4]。(3)ATF6在遷移至高爾基體后經(jīng)蛋白水解切割而被激活從而活化下游靶基因轉(zhuǎn)錄。在慢性ERS或通過ER自身調(diào)節(jié)失敗時(shí)細(xì)胞凋亡信號(hào)通路就會(huì)被激活。這種ERS導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡已涉及如動(dòng)脈粥樣硬化、炎癥性腸病，神經(jīng)退行性疾病等多種疾病的發(fā)病機(jī)制[5]。

2 氨基酸與ERS

氨基酸是供給人體基礎(chǔ)代謝需求和蛋白質(zhì)合成的主要營養(yǎng)元素，同時(shí)，也是人體內(nèi)重要的信號(hào)傳導(dǎo)分子。氨基酸的饑餓或補(bǔ)充均可影響ERS，具有增強(qiáng)或保護(hù)ERS的作用。

2.1精氨酸(Arg) Arg是人體內(nèi)條件必需氨基酸，意味著機(jī)體自身可生成足夠的量以供給機(jī)體基礎(chǔ)代謝需求。然而，在應(yīng)激或快速生長(如創(chuàng)傷、感染、新生兒發(fā)育)時(shí)期，Arg需求增加且可用性變得有限。一方面，GARCIA-NAVAS等[6]在Arg饑餓Jurkat細(xì)胞和外周血有絲分裂原激活的T淋巴細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn)，XBP-1 mRNA的剪接和環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子同源蛋白(CHOP)表達(dá)的升高，證明了Arg饑餓在人T淋巴細(xì)胞觸發(fā)了ERS。BOBAK等[7]研究結(jié)果首次表明，Arg饑餓在源自人的不同實(shí)體瘤如：人結(jié)腸癌細(xì)胞(HCT-116)、卵巢腺癌細(xì)胞(SKOV3)、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(U251)細(xì)胞中誘導(dǎo)ERS。通過氨基酸代謝療法靶向調(diào)節(jié)ERS可能是未來治療癌癥的良好策略。最新研究也與早先MA等[8]聲稱單個(gè)氨基酸的饑餓不會(huì)引發(fā)人類癌細(xì)胞的ERS的結(jié)果不同。這些研究只觀察到與藥物ERS誘導(dǎo)劑比較，亮氨酸饑餓在CHOP和GRP78等ERS標(biāo)記基因的表達(dá)中引發(fā)不太顯著的上調(diào)。然而，生理性ERS因素如葡萄糖饑餓也會(huì)引發(fā)較輕微的ERS。這種較輕微的ERS不容忽視，也不應(yīng)低估。另一方面，DEKA等[9]研究結(jié)果表明,Arg補(bǔ)充通過調(diào)節(jié)HSP基因表達(dá)和mRNA穩(wěn)定性對(duì)ERS具有拮抗性，從而在應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮保護(hù)性作用。因此，加入氨基酸干預(yù)ERS，發(fā)揮氨基酸對(duì)ERS的保護(hù)作用，可能會(huì)抵抗一部分同型半胱氨酸(Hcy)或其他危險(xiǎn)因素引起的內(nèi)皮細(xì)胞ERS的風(fēng)險(xiǎn)，減少內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙。

2.2谷氨酰胺(Gln) Gln是人體中含量最豐富的非必需氨基酸，占骨骼肌游離氨基酸庫的60%和血漿氨基酸庫的20%[10]。其是涉及能量形成、大分子合成、氧化還原穩(wěn)態(tài)和信號(hào)傳導(dǎo)的多功能代謝物之一[11]。SHANWARE等[12]在U2OS骨肉瘤細(xì)胞Gln饑餓期間觀察到經(jīng)典ERS反應(yīng)基因DDIT3(也稱為CHOP或GADD153)和PP1R15A(GADD34)的強(qiáng)烈誘導(dǎo)。為Gln饑餓誘導(dǎo)ERS反應(yīng)提供了證據(jù)。QING等[13]研究發(fā)現(xiàn)，Gln饑餓在MYCN過表達(dá)的神經(jīng)母細(xì)胞瘤中通過增加真核翻譯起始因子2α(eIFzα)磷酸化引發(fā)ERS使ATF4積累最終引發(fā)凋亡通路的激活，揭示了Gln代謝拮抗劑作為潛在的Myc選擇性癌癥治療劑的潛力。DILSHARRA等[14]研究發(fā)現(xiàn)，Gln饑餓在TNF相關(guān)凋亡誘導(dǎo)肌體(TRAIL)存在下通過誘導(dǎo)ERS-CHOP-死亡受體5(DR5)軸增強(qiáng)MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞CHOP表達(dá)，刺激DR5表達(dá)介導(dǎo)凋亡信號(hào)通路的激活。使用該概念，Gln代謝抑制劑可用于克服各種癌癥中TRAIL抗性的治療，并進(jìn)一步促進(jìn)了針對(duì)TRAIL抗性癌癥新療法的開發(fā)。CRESPO等[15]研究發(fā)現(xiàn)，Gln對(duì)ERS也具有保護(hù)作用，通過施用Gln，TNBS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎大鼠模型的所有ERS信號(hào)傳導(dǎo)分支均被抑制。在用2種ERS物處理的Caco-2細(xì)胞中，Gln降低了ERS傳感器PERK、ATF6和磷酸-IRE1的表達(dá)，進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)。

2.3Hcy Hcy是在必需氨基酸甲硫氨酸的分解代謝過程中產(chǎn)生的含硫氨基酸。冠心病、高血壓、阿爾茨海默病、缺血性腦卒中等疾病均與血清Hcy水平升高相關(guān)。HOSSAIN等[16]研究發(fā)現(xiàn)，病理水平的Hcy可誘導(dǎo)ERS介導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，增加心血管疾病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。AUSTIN等[17]通過使用Western印跡和Northern印跡分析更加證實(shí)了Hcy與其他已知的ERS誘導(dǎo)劑——衣霉素和毒胡蘿卜素相似，在內(nèi)皮細(xì)胞中以劑量依賴的方式提高ERS反應(yīng)分子的水平，包括GRP78和GRP94。AI等[18]研究也發(fā)現(xiàn)，Hcy升高是非酒精性脂肪肝病發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵因素，ERS反應(yīng)的激活可能與Hcy誘導(dǎo)的肝臟脂肪變性有關(guān)。因此，設(shè)想體內(nèi)通過適當(dāng)補(bǔ)充有益氨基酸拮抗ERS反應(yīng)，提高ERS發(fā)生的閾值，可能是一個(gè)新的有待研發(fā)的方向。

綜上所述，依據(jù)最近的研究成果，單個(gè)氨基酸確實(shí)可對(duì)ERS產(chǎn)生影響。然而，ERS相關(guān)事件的水平及氨基酸對(duì)細(xì)胞應(yīng)激的貢獻(xiàn)可能取決于細(xì)胞類型和氨基酸水平。ERS相關(guān)事件的調(diào)節(jié)被廣泛闡述為治療癌癥的策略，因此，認(rèn)為氨基酸干預(yù)的治療方案可在更廣闊的領(lǐng)域發(fā)揮其潛力如心血管系統(tǒng)疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等。這需要進(jìn)一步研究單個(gè)氨基酸對(duì)ERS的誘導(dǎo)和進(jìn)展的貢獻(xiàn)，以便結(jié)合ERS誘導(dǎo)藥物和氨基酸干預(yù)策略開發(fā)推定新的治療方案。

3 ERS與疾病

有研究表明，ERS在人體免疫和炎性反應(yīng)發(fā)生的機(jī)制中具有至關(guān)重要的作用。一方面，IRE1α可被Toll樣受體(TLR)下游的信號(hào)磷酸化以誘導(dǎo)XBP-1 mRNA剪接并支持巨噬細(xì)胞中促炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生[19]；另一方面，TLR信號(hào)也可抑制巨噬細(xì)胞中的ATF6和CHOP表達(dá)，避免CHOP誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，以發(fā)揮其免疫炎性反應(yīng)的作用[20]。未折疊的蛋白質(zhì)積聚也在許多自身免疫性疾病中有所描述，包括炎性腸病、多發(fā)性硬化癥和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎[21]。

有研究表明，ERS也參與了心血管相關(guān)疾病的發(fā)生、發(fā)展。一些心血管疾病的危險(xiǎn)因素如脂質(zhì)超負(fù)荷、氧化還原狀態(tài)變化、自由基等物理和化學(xué)因素均可刺激ERS的發(fā)生，使內(nèi)皮細(xì)胞受損，發(fā)生凋亡，從而導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化、糖尿病性心臟病、高血壓、心肌肥大及心力衰竭等心血管疾病的發(fā)生[22]。

在神經(jīng)退行性疾病如阿爾茨海默病和帕金森病中已表明分別由β-淀粉樣蛋白和α-突觸核蛋白積聚誘發(fā)的ERS在這些疾病的發(fā)病機(jī)制中具有因果作用。如在阿爾茨海默病患者大腦中發(fā)現(xiàn)了剪接的XBP-1和磷酸化IRE1α[23]。此外，β-淀粉樣蛋白在培養(yǎng)的細(xì)胞和動(dòng)物大腦中誘導(dǎo)CHOP表達(dá)，而用CHOP反義RNA處理細(xì)胞，改善了暴露于β-淀粉樣蛋白后的神經(jīng)元存活[24]。

病毒感染期間合成大量其所需蛋白質(zhì)，特別是糖蛋白，以允許其復(fù)制及成熟。這種高合成需求引發(fā)了ERS，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。似乎在大多數(shù)病毒感染中均會(huì)誘導(dǎo)BIP表達(dá)，不同病毒可誘導(dǎo)特定的ERS反應(yīng)[25]。如巨細(xì)胞病毒感染抑制ATF6途徑，但觸發(fā)IRE1α途徑作為增加伴侶蛋白表達(dá)的替代機(jī)制。而XBP-1靶基因的轉(zhuǎn)錄活化則被抑制，以防止ER中的病毒蛋白被降解[26]。再如已知的諸如單純皰疹病毒1型可解除PERK通路的激活。丙型肝炎病毒的復(fù)制已顯示刺激ATF6途徑，但抑制IRE1α/XBP-1途徑[25]。在細(xì)菌感染過程中結(jié)核分枝桿菌在小鼠肺的富含巨噬細(xì)胞肉芽腫病變中誘導(dǎo)ERS，其中可檢測到細(xì)胞凋亡[27]。

幽門螺桿菌誘導(dǎo)的胃癌發(fā)生也與ERS的誘導(dǎo)相關(guān)，并通過空泡細(xì)胞毒素A(VacA)的作用發(fā)生在胃上皮細(xì)胞中。VacA中毒可激活PERK和eIF2α，導(dǎo)致CHOP誘導(dǎo)，線粒體功能障礙和凋亡[28]。

ERS是一把雙刃劍。適度的ERS可幫助細(xì)胞恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，腫瘤細(xì)胞持續(xù)的ERS可誘導(dǎo)其凋亡，為腫瘤診治提供了新的靶點(diǎn)，同時(shí)，正常細(xì)胞中持續(xù)的ERS也導(dǎo)致了多種疾病的發(fā)生、發(fā)展,影響了機(jī)體健康狀態(tài)。如何控制ERS，利用ERS的有益方面，避免ERS對(duì)機(jī)體的不利方面將是未來要研究和突破的主要方向。

4 展 望

氨基酸對(duì)ERS的影響在過去的十幾年研究中取得了巨大的進(jìn)步。利用Arg和潛在的其他氨基酸可靶向癌癥、心血管疾病及其他疾病的代謝療法越來越成為可能。未來氨基酸補(bǔ)充和剝奪效果的實(shí)驗(yàn)有利于更好地了解特定疾病對(duì)代謝療法的易感性。人體內(nèi)氨基酸水平的監(jiān)測和個(gè)體化調(diào)控也為精準(zhǔn)檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)帶來了新的前景。